חוקרים של סמיתסוניאן גילו ש-bioluminescence באוקטוקורלים מתחילה 540 מיליון שנים, מאתגרת הערכות קודמות ומדגישה את החשיבות האבולוציונית של התכונה. ממצא זה עשוי להוביל להבנה מעמיקה יותר ולשימור משופר של אורגניזמים ימיים אלו. אלמוג מפואר אירידוגורגיה מגניספירליס, אוקטוקורלים בים עמוקים שידוע כי הם ביולוגים. קרדיט: משרד NOAA לחקר ומחקר האוקיינוסים, Deepwater Wonders of Wake
המחקר חוקר שושלת עתיקה של ימיים חסרי חוליותכולל אלמוגים רכים, דוחק את הדוגמה הקודמת העתיקה ביותר לתכונה בכמעט 300 מיליון שנה.
על פי מחקר חדש שנערך על ידי מדענים מהמוזיאון הלאומי להיסטוריה של הטבע של הסמיתסוניאן, מקורה של ביו-לומינסנציה בבעלי חיים לפני לפחות 540 מיליון שנה בקרב קבוצה של חסרי חוליות ימיים המכונה אוקטוקורלים.
התוצאות, שפורסמו ב- הליכים של החברה המלכותית בלדחוף את השיא הקודם להופעתה העתיקה ביותר של התכונה הזוהרת בבעלי חיים בכמעט 300 מיליון שנה, ויוכל יום אחד לעזור למדענים לפענח מדוע היכולת להפיק אור התפתחה מלכתחילה.
ביולוגית – היכולת של יצורים חיים להפיק אור באמצעות תגובות כימיות – התפתחה באופן עצמאי לפחות 94 פעמים בטבע והיא מעורבת במגוון עצום של התנהגויות כולל הסוואה, חיזור, תקשורת וציד. עד כה, חשבו שהמקור המתוארך המוקדם ביותר של ביולוגיות בבעלי חיים היה לפני כ-267 מיליון שנים בסרטנים ימיים קטנים הנקראים אוסטרקודים.
אבל עבור תכונה שהיא ממש מאירה, מקורות הביו-אור נותרו צללים.
הבמבוק אוקטוקורל Isidella sp. מציגה אור ביולוגי באיי בהאמה בשנת 2009. קרדיט: Sönke Johnsen
"אף אחד לא יודע למה זה התפתח לראשונה בבעלי חיים", אמרה אנדריאה קוואטריני, אוצרת האלמוגים במוזיאון ומחברת בכירה במחקר.
אבל כדי שקווטריני והסופרת הראשית דניאלה דלאו, עמיתת מחקר במוזיאון ועמיתת פוסט-דוקטורט לשעבר, בסופו של דבר להתמודד עם השאלה הגדולה יותר מדוע התפתחה ביולוגית, הם היו צריכים לדעת מתי היכולת הופיעה לראשונה בבעלי חיים.
מתודולוגיה וממצאי מחקר
בחיפוש אחר מקורותיה המוקדמים ביותר של התכונה, החליטו החוקרים להציץ בחזרה אל ההיסטוריה האבולוציונית של האוקטוקורלים, קבוצת בעלי חיים עתיקה אבולוציונית ולעיתים קרובות זוהרת ביולוגית הכוללת אלמוגים רכים, מניפות ים ומכלאות ים. כמו אלמוגים קשים, אוקטוקורלים הם פוליפים קולוניאליים זעירים המפרישים מסגרת שהופכת למקלט שלהם, אך בניגוד לקרוביהם האבניים, המבנה הזה הוא בדרך כלל רך. אוקטוקורלים שזוהרים עושים זאת בדרך כלל רק כאשר הם נחבטים או מופרעים בדרך אחרת, מה שמותיר את התפקוד המדויק של היכולת שלהם להפיק אור קצת מסתורי.
"רצינו להבין את העיתוי של מקורה של ביולוגית, והאוקטוקורלים הם אחת הקבוצות העתיקות ביותר של בעלי חיים על פני כדור הארץ שידוע להם כי הם מתגלים ביולוגית", אמר דלאו. "אז, השאלה הייתה מתי הם פיתחו את היכולת הזו?"
לא במקרה, קוואטריני וקתרין מקפאדן עם הארווי מוד קולג' השלימו עץ אבולוציוני מפורט מאוד ונתמך היטב של התמנונים בשנת 2022. קוואטריני ומשתפי הפעולה שלה יצרו מפה זו של יחסים אבולוציוניים, או פילוגניה, תוך שימוש בנתונים גנטיים משנת 185 מִין של אוקטוקורלים.
מגוון של אלמוגים במבוק ואלמוגי זהב במרכז האוקיינוס השקט, אוקטוקורלי ים עמוקים הידועים כביאור. קרדיט: משרד NOAA לחקר ומחקר האוקיינוסים
עם עץ אבולוציוני זה מבוסס בראיות גנטיות, DeLeo ו-Quatrini מיקמו אז שני מאובנים אוקטוקורליים בני גילאים ידועים בתוך העץ בהתאם לתכונותיהם הפיזיקליות. המדענים הצליחו להשתמש בגילאים של המאובנים ובמיקומם המתאימים בעץ האבולוציוני התמנון עד כה כדי להבין בערך מתי שושלות תומן מתפצלות כדי להפוך לשני ענפים או יותר. לאחר מכן, הצוות מיפה את ענפי הפילוגניה שהציגו מינים ביולוגיים חיים.
לאחר שהעץ האבולוציוני מתוארך והענפים שהכילו מינים זוהרים סומנו, הצוות השתמש בשורה של טכניקות סטטיסטיות כדי לבצע ניתוח שנקרא שחזור מצב אבות.
"אם אנו יודעים שמינים אלו של אוקטוקורלים החיים כיום הם ביולוגיםצנטיים, נוכל להשתמש בסטטיסטיקה כדי להסיק אם אבותיהם היו בסבירות גבוהה להיות ביולוגיםצנטיים או לא", אמר קוואטריני. "ככל שיש יותר מינים חיים עם התכונה המשותפת, כך גדלה ההסתברות שכאשר אתה עובר אחורה בזמן, כנראה שגם לאבות הקדמונים היו את התכונה הזו."
החוקרים השתמשו במספר רב של שיטות סטטיסטיות שונות לשחזור מדינת אבותיהם, אך כולם הגיעו לאותה תוצאה: לפני כ-540 מיליון שנה, האב הקדמון המשותף של כל האוקטוקורלים היה בוודאי ביולוגי זוהר. זה 273 מיליון שנים מוקדם יותר מסרטני האוסטרקוד הזוהרים שבעבר החזיקו בתואר האבולוציה המוקדמת ביותר של אור ביולוגי בבעלי חיים.
DeLeo ו-Quatrini אמרו שאלפי הנציגים החיים של האוקטוקורלים ושכיחותם הגבוהה יחסית של ביולוגיות מצביעים על כך שהתכונה שיחקה תפקיד בהצלחתה האבולוציונית של הקבוצה. בעוד שזה מעלה עוד יותר את השאלה בשביל מה בדיוק אוקטוקורלים משתמשים בביו-אור, החוקרים אמרו שהעובדה שהיא נשמרה כל כך הרבה זמן מדגישה עד כמה הפכה צורת התקשורת הזו חשובה לכושרם ולהישרדותם.
כיווני מחקר עתידיים ושימור
כעת, כשהחוקרים יודעים שלאב הקדמון המשותף של כל האוקטוקורלים, ככל הנראה כבר יש את היכולת להפיק אור משלו, הם מעוניינים בתיאור יסודי יותר של מי מבין יותר מ-3,000 המינים החיים של הקבוצה עדיין יכולים להאיר ומי איבדו את התכונה . זה יכול לעזור לאפס מערכת של נסיבות אקולוגיות המתואמות עם היכולת להאיר ביולוגית ועשויה להאיר את תפקידה.
לשם כך, DeLeo אמרה שהיא וכמה מחבריה עובדים על יצירת בדיקה גנטית כדי לקבוע אם למין תומן יש עותקים פונקציונליים של הגנים שבבסיס לוציפראז, אנזים המעורב ביולוגית. עבור מינים בעלי עוצמת בהירות לא ידועה, בדיקה כזו תאפשר לחוקרים לקבל תשובה כזו או אחרת במהירות ובקלות רבה יותר.
מלבד לשפוך אור על מקורות הביו-לומינסנציה, מחקר זה מציע גם הקשר ותובנה אבולוציונית שיכולים לתת מידע לניטור וניהול של האלמוגים הללו כיום. אוקטוקורלים מאוימים על ידי שינויי אקלים ופעילויות מיצוי משאבים, במיוחד דיג, הפקת נפט וגז ושפכים, ולאחרונה על ידי כריית מינרלים ימיים.
מחקר זה תומך במרכז למדעי האוקיינוס של המוזיאון, שמטרתו לקדם ולשתף ידע על האוקיינוס עם העולם. דליאו וקוואטריני אמרו שיש עוד הרבה מה ללמוד לפני שמדענים יוכלו להבין מדוע התפתחה לראשונה היכולת להפיק אור, ולמרות שתוצאותיהם מציבות את מקורותיה עמוק בזמן האבולוציוני, נותרה האפשרות שמחקרים עתידיים יגלו שהביו-לומינצנציה עתיקה עוד יותר. .
מחקר זה כולל מחברים הקשורים לאוניברסיטת פלורידה הבינלאומית, מכון המחקר אקווריום של מפרץ מונטריי, אוניברסיטת נגויהמכללת הארווי מוד ואוניברסיטת קליפורניה, סנטה קרוז.
המחקר נתמך על ידי ה- Smithsonian, קרן דייוויד ולוסייל פקארד, סוכנות המדע והטכנולוגיה של יפן והקרן הלאומית למדע של ארה"ב.
